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*2008-11-27收到, 2009-02-06改回**基金项目:河北科技大学博士科研启动基金资助项目(Q D 200303 。
**, 文章编号:1003-5850(2009 03-0042-03基于ARM 的嵌入式图像采集系统设计The Design of Embedded Image Acquisiting System based on ARM罗发秀文环明马晓红(河北科技大学信息学院石家庄050018【摘要】设计针对广泛应用于安全防控系统、视频监控系统、视频网络系统以及机器视觉等领域中的核心图像采集处理单元提出的。
目标是设计出一个基于32位嵌入式微处理器ARM (S3C2410 和嵌入式操作系统ARM -Linux 的视频图像采集系统。
旨在用最少的硬件, 完成高质量的图像采集功能。
介绍了视频图像采集处理系统的总体设计及其具体实现。
【关键词】嵌入式系统, 图像采集, ARM , S3C2410中图分类号:T P 317. 4文献标识码:AABSTRACT T his design is w idely used for the prev entio n and contr ol security systems , v ideo sur veillance systems , video netw or k systems in ar eas such as machine v isio n , as w ell as the centr al pro cessing unit im age acquisition 。
T he aim is to design a 32-bit embedded micro pr o cessor s based on A RM (S 3C 2410 and A RM -L inux embedded oper ating system , the v ideo imag e acquisition system 。
1 项目名称基于ARM的视频采集系统的设计2项目需求分析2.1设计思路构建本设计所需的硬件电路，并且搭建软件开发的环境，最后，编写应用程序，实现通过USB口对摄像头采集到的视频数据进行读取，并能在液晶屏中实时的显示采集的结果。
2.2 任务目标在硬件电源启动之后，同时，ARM处理器上能够自动开启视频采集程序，该程序通过USB口对图像进行实时的采集，并把采集的结构以320*240的图像大小显示在4.3寸的液晶屏上。
并且，确保图像传输的稳定、实时和不失真。
2.3 实现方法在硬件的设计上，本系统采用了Samsung公司生产的S3C2440芯片作为嵌入式处理器，再结合系统所需的外围硬件构成基本硬件电路。
主要包括二大部分：处理器和存储器部分；电源时钟复位电路部分；外围接口电路部分。
在软件的设计上，包括嵌入式软件平台的构建，如何移植Linux操作系统，以及基于嵌入式Linux下USB接口摄像头视频设备程序设计与移植。
4概要设计本文所设计的采集系统按功能可划分为嵌入式主控模块、视频采集模块和显示模块等三大部分。
图4-1为本系统的软硬件流程图:1. USB数字摄像头采集图像数据。
2.采集传输应用程序通过摄像头驱动从摄像头获取到采集的图像数据。
3.把采集到的图像按照分辨率为320*240实时的显示在4.3寸的液晶屏上。
图4-1 软硬件流程图本系统的嵌入式主控模块是基于Samsung公司生产的S3C2440这款处理器，主要作用是实现对各模块数据的响应、处理以及控制。
在硬件上，主控模块包括电源、时钟、复位电路、存储模块等。
在软件上，主控模块上运行Linux操作系统，管理各应用程序模块进程并调度各进程。
5详细设计5.1采集系统的硬件平台设计本系统的核心处理器为二星公司的S3C2440，外扩64M的SDRAM存储器以及64M的FLASH存储器，外围接口电路模块:包括USB接口电路，以太网网卡DM9000接口电路以及USB口数字摄像头等。
1.1实验设计题目基于ARM9的数据采集应用程序设计。
1.2 设计目的巩固、实践本课程所学理论知识，由于这门课程是理论与实践相结合且实践性很强的课程，该课程的学习目标是培养学生嵌入式开发的基本能力，通过实验设计培养学生查阅、合理运用参考资料的能力。
1.3 设计任务及要求1.3.1 设计任务通过S3C2410X(ARM9)的ADC采集实验箱电位器的值，旋转电位器时可在屏幕上看到当前采集值的变化。
实验箱有三个电位器，学生可自选一个或多个。
可增功能：(1)中断功能：按下中断按键触发中断，中断时三个LED灯闪烁一次，且屏幕上打印正在中断的提示。
(2)报警功能：设定一个临界值（如500），当采集的值超过此临界值时，灯闪烁报警，三个电位器可与三个灯一一对应。
、1.3.2 报告要求(1)实现的功能(2)软硬件平台(3)硬件原理分析及原理图(4)硬件驱动的实现步骤及分析(5)代码设计：所有需要编写的代码（如adc.c、adc.h、main.c、Makefile等）、代码的注释。
(6)运行及调试的步骤(7)心得体会1.4 实验平台硬件平台：博创经典UP-NETARM2410实验箱（S3C2410处理器）。
软件平台：eclipse+keil+PUTTY（串口调试助手）。
2.1硬件原理在ADC这章中相应的硬件原理图截图如下：图1 硬件原理图2.2设计原理由硬件原理图可知AD和DA转化与AIN0,AIN1,AIN2三个引脚有关，在gpio一章中查找可知这三个引脚均不是多功能引脚。
在AD和DA转化时也不需要用到时钟信号。
A/D转换器是模拟信号和CPU之间联系的接口，它将连续变化的模拟信号转换为数字信号，以供计算机和数字系统进行分析、处理、存储、控制和显示。
在编写驱动是可以通过查找数据手册。
2.3选择通道通过底板AD-DA-CAN图可知三个ADC电位器对应AINO2，所以选择通道2。
ADCCON[5：3]=010;ADCCON&=~(0x7<<3);ADCCON|=0x1<<4;2.4时钟配置与分频ADC控制寄存器（ADCCON）地址为0x58000000。
ARM9嵌入式处理器S3C2440实现了远程图像光线监控系统对图像监控系统，用户常常提出这样的功能需求：希望能够监控距离较远的对象这些对象有可能分布在郊区、深山，荒原或者其他无人值守的场合；另外，希望能够获取比较清晰的监控图像，但对图像传输的实时性要求并不高很明显，用传统的PC机加图像采集卡的方式很难满足这样的需求。
在嵌入式领域，ARM9系列微处理器在高性能和低功耗方面提供了最佳的性能，因此选用ARM9嵌入式处理器S3C2440设计实现了一个远程图像光线监控系统通过这个系统，可以远在千里之外控制一个摄像机进行图像采集并回传。
如果这个摄像机有一个485接口的云台，还可以通过互联网远程控制摄像机的取景角度、镜头拉伸、聚焦等功能除了获取图像数据．系统还提供了多路开关控制和数据采集功能，可以连接温度、湿度等各类传感器和控制红外夜视灯等其他外部设备的开关状态。
最后，通过GP RS或C DMA无线通信模块及Internel互联网将数据传至任何地方。
1 系统设计本系统采用三星公司的S3C2440嵌入式处理器和arm-linux 2.4.26操作系统；S3C2440使用ARM920T内核，主频是400 MHz；除了集成通用的串口控制器、USB控制器、A/D转换器和GPIO等功能之外，还集成了一个摄像头接门（CAMIF）（这个接口是远程图像采集的核心部分）。
系统在S3C2440处理器的控制下，从CCD摄像机采集模拟视频信号，然后经过编码、DMA传输到内存缓冲，接着由软件对内存中的数字视频数据进行压缩和打包．最后通过通信单元将图像以IP包的方式发送到监控中心的服务器。
整个系统的硬件结构原理如图1所示1.1 图像采样接口S3C2440的摄像头接口（CAMIF）支持ITU-R BT.601/656 YCbCr 8比特标准的图像数据输入，最大可采样4096×4096像素的图像。
摄像头接口可以有两种模式与DMA控制器进行数据传输：一种是P端口模式，把从摄像头接口采样到的图像数据转为RGB数据，并在DMA控制下传输到SDRAM（一般这种模式用来提供图像预览功能）；另一种是C端口模式，把图像数据按照YCbCr 4:2：0或4:2：2的格式传输到SDRAM（这种模式主要为MPEG-4、H.263等编码器提供图像数据的输入）。
基于ARM9的嵌入式图像采集与显示系统设计
胡庆;杜小丹;陈辉
【期刊名称】《成都大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2017(036)002
【摘要】以嵌入式ARM9处理器S3C2440作为控制芯片,通过USB摄像头对图像进行采集,利用Video4Linux的编程接口编写QT图像显示程序,通过视频服务器MJPG-streamer对网络进行访问,实现了图像的采集和实时显示.所设计的系统实时性好、分辨率高、成本低、易扩展且升级快,可用于远程监控等领域.
【总页数】4页(P176-178,208)
【作者】胡庆;杜小丹;陈辉
【作者单位】成都大学信息科学与工程学院,四川成都 610106;成都大学信息网络中心,四川成都 610106;西南民族大学电气信息工程学院,四川成都 610041【正文语种】中文
【中图分类】TP391.41;TP274.2
【相关文献】
1.基于ZigBee协议和ARM9的嵌入式无线数据采集系统设计 [J], 杨晓健
2.基于ARM9的嵌入式Linux图像采集系统设计 [J], 王培珍;徐俊生
3.基于ARM9的嵌入式视频采集系统设计 [J], 胡立锋;于春梅
4.基于ARM嵌入式的图像采集与显示系统设计 [J], 淦克亮
5.基于ARM9的嵌入式Linux图像采集系统设计 [J], 王培珍;徐俊生
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南京理工大学硕士学位论文基于ARM9的嵌入式图像采集系统的设计姓名:徐巍申请学位级别:硕士专业:物理电子学指导教师:陈钱20090526硕上论文基于ARM9的嵌入式图像采集系统的设计摘要随着电子技术的快速发展,特别是大规模集成电路的产生而出现的微型机,使现代科学研究得到了质的飞跃,而嵌入式微控制器技术的出现则是给现代工业领域带来了一次新的技术革命。
由嵌入式微控制器组成的系统,最明显的优势就是可以嵌入到任何微型或小型仪器、设备中。
嵌入式系统主要由硬件和软件两部分组成;本实验系统的硬件核心部分是￥3C2440开发板,S3C2440微处理器是一款低功耗、高集成度的微处理器,采用289脚FBGA封装,包含ARM920T内核。
本实验系统的软件核心部分是嵌入式Linux 操作系统,它是对Linux操作系统进行裁剪,使之能在嵌入式计算机系统上运行的一种操作系统;并且具有软件移植容易,代码开放,有许多应用软件支持等特点。
系统提出了一个总体设计的方案,其中包括系统硬件平台的搭建,嵌入式Linux 操作系统的移植,交叉编译环境的建立,以及嵌入式软件开发平台的建立。
在嵌入式系统硬件方面,主要介绍了ARM9处理器的结构特点和功能以及系统硬件平台的选择原则。
在嵌入式软件开发平台方面,主要介绍了嵌入式Linux的特点和应用, Linux系统如何移植到S3C2440开发板,以及应用软件在嵌入式系统上的开发流程。
关键词:ARM,S3C2440,图像采集系统,嵌入式LinuxAbstract——————————————————————————————————————一. 堡主丝壅 AbstractW1th the rapiddevelopment of electronictechnology,especially the eme曜enCe oflarge。
scale Integrated circuits and theemergence of the microcomputer,there has been aqualltatlVe leap in modem scientific research.Andthe eme唱ence of tlle embedded 咖cro‘controller technology has brought a new technological revolution in the field of modem1ndustry.The most obVious advantage of the embedded micro.controlIersystem is that caJl be embedded into any micro—or small-scaleapparatus,equipment.Embedded system ismainly composed of two parts,hardware and so觚are.Th e core of t|1e system’s h羽啪is￥3C2440development board.￥3C2440microprocessor is a10wlpower,hlghlY imegratedmicroprocessor,using 289-pin FBGA package,including the ARM920T core・The core of thesystem’s software is embeddedlinu【operating system.n is an opemtlng sYstem which is the product ofcutting the linux operating system.it call砌m tne embedded computer system-Embedded linuxoperating system has many f.eatuers,such aS 呦1splant softwareeasily,open source,supported by many application soRware.1ne paper mtroduced the status anddevelopment trend of embedded techn0109y.It raisesthe oVerall program ofimage acquisition system which is based on embeddedteclm0109y.it 1ncIudes the e吼ablishment of hardware platform,the咖splaIlt of the embeddedoperatingsystem,the establishment ofcross—compiler environment,as well aLs the establishment of development platform used in embedded soRwaI.e.In terms of embeddedsystem’s hardware,it mainly introduced the stmcture aIld featuresot ARM9processor,as well as the choiceprinciples of h莉啪platfo咖.1n sonware developmentplatform of embedded system,it mainly introduced mecnaractenstlcS andapplications of embedded Linux system,and how tomigrate it to deVeJopment board,as well as the development process of embedded so觚are.Key word:ARM,￥3C2440,imageacquisition sys蛐,锄bedded Iinuxn声明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果,尽我所知,在本学位论文中,除了加以标注和致谢的部分外,不包含其他人已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。
与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明确的说明。
研究生签名:年月日学位论文使用授权声明南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档,可以借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容,可以向有关部门或机构送交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。
对于保密论文,按保密的有关规定和程序处理。
研究生签名:年月日硕上论文基于ARM9的嵌入式图像采集系统的设计 1绪论在现在日益信息化的社会中,计算机和网络已经全面渗透到日常生活的每一个角落。
对于我们每个人,需要的已经不再仅仅是那种放在桌上处理文档,进行工作管理和生产控制的计算机;各种各样的新型嵌入式系统设备在应用数量上已经远远超过通用计算机,任何一个普通人可能拥有从大到小的各种使用嵌入式技术的电子产品,d'N MP3, PDA等微型数字化产品,大到网络家电,智能家电,车载电子设备。
而在工业和服务领域中,使用嵌入式技术的数字机床,智能工具,工业机器人,服务机器人也将逐渐改变传统的工业和服务方式。
1.1嵌入式技术的现状和发展趋势1.1.1嵌入式技术的现状Intemet与网络的迅速普及应用,并向家庭领域不断扩展,使消费电子、计算机、通信(3C一体化趋势日趋明显,嵌入式系统再度成为研究与应用的热点。
嵌入式系统被描述为:以应用为中心,软硬件可裁减的,适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性严格要求的专用计算机系统。
嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成,它是集软硬件于一体的可独立工作的“器件"。
嵌入式处理器主要由一个单片机或微控制器(MCU组成。
相关支撑硬件包括显示卡、存储介质、通信设备、IC卡或信用卡读取设备等。
嵌入式操作(real.time embedded operating system,RTOS或EOS是一种实时的、支持嵌入式系统应用的操作系统软件,它是嵌入式系统(包括硬、软件系统极为重要的组成部分,通常包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面。
标准化浏览器Browser等。
目前,嵌入式操作系统的品种较多,据统计,仅用于信息电器的嵌入式操作系统就有40种左右,其中较为流行的主要有:Windows CE、Palm OS、Real.Time Linux、VxWorks、pSOS、PowerTV以及Microware公司的OS.9。
与通用操作系统相比较,嵌入式操作系统在系统实时高效性、硬件的相关依赖性、软件固态化以及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。
象前途无可计量的维纳斯计划生产机顶盒,核心技术就是采用32位以上芯片级的嵌入式技术。
在个人领域中,嵌入式产品将主要是个人商用,作为个人移动的数据处理和通讯软件。
由于嵌入式设备具有自然的人机交互界面,GUI屏幕为中心的多媒体界面给人很大的亲和力。
手写文字输入、语音拨号上网、收发电子邮件以及彩色图形、图像已取得初步成效。
目前一些先进的PDA在显示屏幕上已实现汉字写入、短消息语音发布,日用范围 l1绪论硕上论文也将同益广阔。
对于企业专用解决方案,如物流管理、条码扫描、移动信息采集等,这种小型手持嵌入式系统将发挥巨大的作用。
自动控制领域,不仅可以用于ATM机,自动售货机,工业控制等专用设备,和移动通讯设备结合、GPS、娱乐相结合,嵌入式系统同样可以发挥巨大的作用。
长虹推出的ADSL产品,结合网络,控制,信息,这种智能化,网络化将是家电发展的新趋势。
硬件方面,不仅有各大公司的微处理器芯片,还有用于学习和研发的各种配套开发包。
目前低层系统和硬件平台经过若干年的研究,已经相对比较成熟,实现各种功能的芯片应有尽有。
而且巨大的市场需求给我们提供了学习研发的资金和技术力量。
我国自主开发的嵌入式系统软件产品如科银(CoreTek公司的嵌入式软件开发平台DeltaSystem,中科院推出的Hopen嵌入式操作系统(虽然还不够完善。
同时由于是研究热点,所以我们可以在网上找到各种各样的免费资源,从各大厂商的开发文档,到各种驱动,程序源代码,甚至很多厂商还提供微处理器的样片。
这对于我们从事这方面的研发,无疑是个资源宝库。
对于软件设计来说,不管是上手还是进一步开发,都相对来说比较容易。
